GE1014超高强度钢组织性能调控的研究

发布时间：2020-10-09 06:42

　　传动轴是航空发动机的关键部件。随着航空工业航空发动机的性能不断提高,对传动轴材料提出了大功率、高转速、大变形和大机动过载下安全运行的苛刻要求。GE1014钢具有超高的强度、良好的塑韧性匹配和抗疲劳断裂的性能被应用在航空发动机传动轴上。国内GE1014钢相关研究较少,为促进我国在航空发动机传动轴领域的进步,支持我国航空事业的快速发展,对GE1014超高强度钢的基础研究势在必行。本论文主要以一种新型的航空发动机传动轴用GE1014钢为研究对象,采用膨胀仪测试、拉伸、冲击、硬度等试验方法和金相、SEM、TEM、XRD等显微组织分析方法,对GE1014钢的相变点、力学性能与微观组织进行了系统分析研究,得到了试验钢力学性能随热处理工艺的变化规律曲线,并重点分析了回火过程中碳化物和逆转变奥氏体的析出演变规律,最终确定了GE1014钢的最佳热处理工艺,本文取得的主要成果包括:测得GE1014钢的相变点Ac_1为520℃,Ac_3为780℃,Ms为150℃。试验钢具有非常好的淬透性,以200℃/h的冷却速度冷却至室温后仍均可以得到马氏体组织。高Co、Ni含量的GE1014钢合金体系的相变点(Ms、A_(C 1)、A_(C 3))适合采用安德鲁斯经验公式计算,计算值和实测值吻合较好,偏差不超过70℃。GE1014钢在860℃淬火后,在马氏体基体上仍存在较多的细小未溶碳化物,此时由于细小未溶碳化物的晶界钉扎作用,得到细小的晶粒组织;当淬火温度高于900℃后,可以得到完全固溶的马氏体组织,但淬火晶粒组织发生了粗化。推荐GE1014钢最佳的淬火温度和回火温度分别为900℃和520℃。GE1014钢在420℃回火后,析出的碳化物主要为粗大的片状渗碳体组织,此时钢的韧性较低;当回火温度升高至480℃时,在板条马氏体基体上析出大量细小弥散M_2C碳化物和薄膜状的逆转变奥氏体,此时试验钢的抗拉强度达到峰值;随着回火温度进一步升高至520℃时,M_2C碳化物发生了粗化和熟化,但仍能保持细小弥散的分布状态,基体仍保持为板条马氏体组织,逆转变奥氏体仍保持为薄膜状,使得试验钢在520℃回火后的韧性最佳。当高于520℃回火后,逆转变奥氏体的形貌也由薄膜状转变为粗大的块状,试验钢的强度和韧性均有所降低。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG142.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 超高强度钢的概况
        1.3.1 低合金超高强度钢
        1.3.2 中合金超高强度钢
        1.3.3 高合金超高强度钢
    1.4 二次硬化超高强度钢的发展
        1.4.1 二次硬化超高强度钢的发展
        1.4.2 二次硬化超高强度钢的发展趋势
        1.4.3 二次硬化超高强度钢的强韧化机理
    1.5 合金元素对二次硬化超高强度钢的影响
    1.6 热处理对二次硬化型超高强度钢的影响
        1.6.1 正火和退火热处理对二次硬化型超高强度钢的影响
        1.6.2 淬火热处理对二次硬化型超高强度钢的影响
        1.6.3 冷处理对二次硬化型超高强度钢的影响
        1.6.4 回火热处理对二次硬化型超高强度钢的影响
    1.7 本文主要研究的目的及内容
第二章实验材料及方法
    2.1 实验材料
    2.2 实验方法
        2.2.1 热处理实验
        2.2.2 力学性能测试
        2.2.3 显微组织分析
        2.2.4 相变点的测定
        2.2.5 逆转变奥氏体体积分数的测定
        2.2.6 理论计算
第三章试验钢相变点的研究
    3.1 引言
    3.2 相变点的计算与实测
        3.2.1 相变点的计算
        3.2.2 热膨胀法测试验钢的相变点
        3.2.3 实测值与经验公式计算值对比
    3.3 C含量对试验钢相变点的影响
        3.3.1 C含量对试验钢Ms点的影响
c1点与A_c3点温度的影响'>        3.3.2 C含量对试验钢A_c1点与A_c3点温度的影响
    3.4 Ni含量对试验钢相变点的影响
        3.4.1 Ni含量对试验钢Ms点温度的影响
        3.4.2 Ni含量对试验钢Ac1和Ac3点温度的影响
    3.5 本章小结
第四章热处理对GE1014钢组织和性能的影响
    4.1 引言
    4.2 淬火温度对GE1014钢组织性能的影响
        4.2.1 淬火温度对GE1014钢力学性能的影响
        4.2.2 淬火温度对GE1014钢金相显微组织的影响
        4.2.3 淬火温度对GE1014钢冲击断口形貌的影响
        4.2.5 未溶第二相的分析
        4.2.6 淬火温度对GE1014钢组织与力学性能的影响综合分析
    4.3 回火温度对GE1014钢组织性能的影响
        4.3.1 回火温度对GE1014钢力学性能的影响
        4.3.2 回火温度对试验钢冲击断口形貌的影响
        4.3.3 回火温度对GE1014钢金相显微组织的影响
        4.3.4 回火温度对GE1014钢基体组织的影响
        4.3.5 回火温度对GE1014钢基体析出碳化物的影响
        4.3.6 回火温度对GE1014钢逆转变奥氏体体积分数的影响
    4.4 分析与讨论
    4.5 本章小结
第五章合金成分对试验钢组织性能的影响
    5.1 引言
    5.2 合金元素对试验钢力学性能的影响
    5.3 合金元素对试验钢冲击断口形貌的影响
    5.4 合金元素对试验钢基体组织的影响
    5.5 合金元素对试验钢逆转变奥氏体体积分数的影响
    5.6 本章小结
第六章结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文

【参考文献】